专利名称：用于旋转介质的流体驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于存储介质的驱动系统。尤其是，本发明涉及一种用于盘状存储介质的流体驱动系统。
磁盘和光盘已广泛地在例如个人计算机上用于存储大量的信息。磁盘有多种规格，包括直径为8英寸、51/4英寸和31/2英寸的盘。盘驱动系统从盘上检索信息并将信息存储在盘上。根据盘的规格，这些驱动系统呈多种形式。磁盘和光盘驱动器都采用电驱动电机，这个驱动电机经速度控制电路连接于电源。此外，驱动系统采用某种机械的或物理装置，将存储介质连接于驱动电机，从而以一个受控的速度旋转该介质。存储介质相对于盘驱动系统的读/写头旋转。读/写头从存储介质上检索信息并将信息输送至存储介质上。
公知的数据存储系统采用通过驱动器与介质啮合而旋转介质的驱动器。一个金属盘芯用于与31/2英寸规格的软磁盘啮合，而一个心轴用于与一个无盘芯的51/4英寸规格的软磁盘上的中心孔啮合。通过增加对磁头的环绕，较薄的介质允许各种规格的磁头具有改善的磁头-介质接触性能。此外，一个固定的盘芯或接触心轴使靠近内数据磁道的介质变硬并导致在这些磁道处的较弱的磁头-介质接触。这就限制了介质的有用区域并难以制造直径很小的介质。此外，众所周知的是，在较高速度时，由于被拉向驱动底座，固定盘芯软介质产生了一个下凹的轮廓。这使磁头-介质的接触复杂化。当数据存储产品采用较高的磁道密度时，大固定盘芯的径向容差变得很大。
在光数据存储产品区域中，需要一个平的基片并且必须使用一个厚度大的底座。一个较薄的厚度是优选的，如果它在使用期间能保持平直的话。由于每一个盘盒装一个介质，所以用于软磁盘和光盘的介质盘盒相当大。例如，存储一个0.003英寸厚的软磁盘需要一个0.125英寸厚的盘盒。因此，需要这样一个系统，它能够在一个盘盒中存储几百个0.003英寸厚的介质，以便用于日益增加的数据存储量。
本发明是一个用于一个盘存储介质的数据存储系统。它比公知的按机械方式耦合的数据存储系统有了改进。该驱动系统允许介质安装在一个中心导向件上并绕该中心导向件旋转，而在轴向上是自由可移动的，并在径向上以紧密配合的容差被保持住。一种流体旋转介质提供一个压差以支承介质但并不接触。
驱动系统包括一个平面件，该平面件具有一个足以接收存储介质的工作表面。在工作表面上的中心导向件包括一个心轴，该心轴用于通过存储介质的一个孔对存储介质进行对中。存储介质的这个孔稍微大于心轴以允许存储介质沿心轴的轴向移动。存储介质可以是一个磁的或光的数据存储盘。一个导管装置与一个流体喷孔联通，该流体喷孔穿过整个平面件。导管装置输送一种受压流体经出口至平面件的工作表面，为存储介质绕中心心轴的旋转提动力。根据压差的大小和基片的抗拉强度及厚度，如果工作表面是平的并且介质是可变形的，那么介质将呈工作表面的形状并也将是平的。
喷孔终止于出口，出口按围绕工作表面圆形设置。导管装置包括一个外壳，外壳安装在平面件的相对表面上并具有一个确定了一个通风室的内部区域。
流体供给导管装置以可旋转地支承存储介质。一个用于数据传递的读/写头可以定位在平面件的一个凹口内或邻近存储介质的上表面定位，以进行数据传递。
在另一个实施例中，喷孔的一个外圆形阵列和喷孔的一个内圆形阵列都延伸穿过平面件。两个阵列以与工作表面成锐角的形式输送流体并且两个阵列输送的流体的方向相反。通过外圆形阵列的流体形成围绕心轴旋转的动力。通过内圆形阵列的流体形成抵抗动力并有助于精细调整介质的旋转速度的制动力。主要的速度控制是通过流体速度的控制。这个驱动系统将直接驱动和支承介质并且将不需要笨重的外壳。介质可以存储在大的盘盒中，由于介质减小的尺寸，所以盘盒可以存储许多片介质。例如，一个软磁盘产品的磁介质是0.003英寸厚，而一个0.5英寸厚的盘盒可以存储超过100片的这种介质。新的软磁盘介质每单元将可以保存大约25兆字节的信息，所以可以放入一个衬衫口袋中的一个小盘盒内可以存储超过2，500兆字节的信息。在该领域有许多公知的系统用于将介质移入和移出盘盒、置于中插销上并返回盘盒，例如投币式自动唱机式系统、机器人系统、或空气输送。
图1是本发明的一个驱动系统的透视图，其中一个数据存储盘与它间隔开。
图2是沿图1中的线2-2取的具有与其间隔开的数据存储盘的驱动系统的剖面图。
图3是沿图1中的线3-3取的一个放大的剖面图，表示出流体喷孔。
图4是本发明的驱动系统的另一个实施例的一个透视图，其中一个数据存储盘与它间隔开。
图5是沿图4中的线5-5取的具有与其间隔开的数据存储盘的驱动系统的剖面图。
图6是图1中的驱动系统的顶视图，表示出流体流动方向。
驱动系统10可与例如一个磁或光数据存储盘的信息存储介质一道使用，该盘可以是一个无盒类型的CD-ROM盘存储介质，它包括一个圆形基片，在该基片上可以存储和检索信息。驱动系统10也可以驱动其它类型的任何尺寸大小的存放在一个盒内的磁或光盘介质。
驱动系统10可以使用多种流体，包括空气、水、惰性碳氟化合物、及多种其它气体和气体混合物，驱动系统10包括一个平面件12，例如一个顶板。平面件12有一个工作表面14和一个相对的表面16。一个中心导向件(例如一个心轴18)安装在平面件12的工作表面14的中心。心轴18通过一个中心孔20对一个信息存储介质(例如一个磁盘22)进行对中，并防止盘从工作表面滑开。另外，可以采用其它装置来对中和保持盘22就位。
多个喷孔23延伸穿过平面件12。喷孔23终止于出口24，出口24环绕工作表面14圆形设置。图3所示每一个出口24以与工作表面14成一个锐角的形式在平面件12上形成一个流体通道。导管装置26包括一个外壳28，外壳28安装在平面件12的相对表面16上。外壳28包括一个环形通道，它确定了一个通风室30并具有一个底壁32、内和外环形侧壁34、36、以及由平面件12的相对表面16形成的一个顶壁。外壳28可以由许多层构成以形成环形通道，从而使制造成本低廉。
如图2所示，导管装置26的一个入口40延伸进入外壳28并将空气引入通风室30，以通过喷孔23分配气体。入口40连接于一个压缩流体源43，流体源42提供受压的流体(例如空气)。通风室30内的压缩流体沿圆形陈阵的切线冲出上口24，将射流状流动的流体输送至盘22的一个较低表面，以提供盘22绕心轴18旋转的动力。
流经喷孔23并冲出出口24的流体使盘22在工作表面14之上旋转。如图6所示，通过改变流体冲出出口24的角度a，可以改变盘22的速度。当角a减小时，盘22的速度降低。流体流动的定向分量既对压差有贡献又促使盘22的转动。
根据伯努利原理，当流体速度增加时，其压力比以较低速度流动的周围流体的压力小。速度差将产生压力差。一个放置于高速流体与低速流体之间的物体将趋向于移向较高速度的流体直至达到平衡。当在一个静止的板与一个可移动物体之间迫使一个均匀流体流动时，一个均匀的力将在朝向该板的方向施加在该物体上。如果该物体具有一个足够大的面积-重量比，使来自流体喷射的力超过了万有引力和其它引力，那么该物体将不会触到该板上。
一个用于从盘22的底表面44检索信息并将信息记录于其上的读/写头(未示出)可以凹进邻近固定间隙的工作表面，并可以靠近盘22顶表面48定位，也可以将平面件12的一个部分制成能与一人个固定的读/写头相互滑动，该读/写头可以将数据传送至盘22的底表面44。
这个系统的一个意外的结果是，当流体喷射位于盘22的周边上时，盘22在整个区域都是平直的。平直来源于盘的整个厚度上均匀的压差。可以与圆周空气驱动一起使用的较薄厚度的介质是有益的，因为刚性是厚度的一个立方函数，并且递增的盘22的柔软性将使磁头的环绕性更好，从而可以改善数据的传送。
只要盘22与工作表面14之间的平均流体流动是均匀的，并且盘22具有一个足够大的面积-重量比，就有一个均匀的压力在朝向工作表面的方向上施加到物体上。因此，系统10可以在任何方向上操作。当平面12与盘22是水平并且盘22位于平面件12的工作表面14上时、以及平面件12与盘22垂直并且盘22位于平面件12的工作表面14之下时、或在沿360°圆周位置的任何方向上，系统10都可以操作。系统10是没有方向性的，这对于便携式系统可能是有益的。
图4和图5表示出另一个驱动系统10A。驱动系统10A包括一个平面件12A，平面件12A具有一个工作表面14A和一个相对的表面16A。一个心轴18A安装在平面件12A的工作表面14A的中心，并适宜于通过盘22的一个中心孔20对记录介质进行对中。
平面件包括出口24A的一个外圆形阵列和出口50的一个内圆形阵列。出口24A、50的两个阵列以与工作表面14A成一个锐角的形式在平面件12A上形成一个流体通道。内阵列50的指向与外阵列24A的指向相反。
一个导管装置26A与喷孔和出口24A和50的外和内阵列流体联通，导管装置26A包括一个外壳28A，外壳28A安装在平面件12A的相对的表面16A上。外壳28A包括一个第一环形通道，它确定了一个第一通风室30A，通风室30A位于喷孔与出口24A的外圆周之下。外壳28A的一个第二环形通道确定了一个第二通风室52，它位于喷孔和出口50的内圆周之下。
如图5所示，第一和第二入口40A、56延伸经过外壳28A分别进入第一和第二通风室30A、52。第一和第二入口40A、56连接于压缩流体源，例如一个气瓶、鼓风机、风扇、或压缩机58，该流体源给通风室30A、52提供流体(例如压缩空气)。输送至第一通风室30A的流体冲出出口24A的外阵列，并提供盘22绕心轴18A旋转的动力。输送至第二通风室52的流体冲出出口50的内阵列，并提供抵抗动力并有助于控制盘22的旋转速度的制动力。这个流体也可以在盘22与工作表面14A之间提供支承和控制。另外，出口阵列的旋转和制动作用也可以相反。
前向和反向射流的组合对于一个给定的盘的旋转速度可产生一个较高速度的流体传送。这就允许对于一个给定的旋转速度来控制压差。这个驱动系统是相当简单的，并允许存储介质高速旋转以产生高速数据传送。
不需要大的中心盘芯，因为介质不必夹紧在驱动机构上。这就降低了制造成本。不要固定盘芯并允许介质的中心在心轴上上下移动，与带盘芯的盘相比，这就允许使用更靠近介质的中心部分。对于一个3英寸的介质，记录半径的宽度，可以增加到超过1.0英寸，与之相比地，对于一个标准31/2英寸软磁盘，其记录半径只有0.6英寸。这个系统也允许高速旋转-对于一个0.003英寸厚31/2英寸直径的软磁盘可以超过20000转/分。由于磁盘的重量相当小，所以盘的速度变化紧紧跟随流体速度的变化。此外，由于这个驱动系统几乎没有移动部件，因此几乎不可能发生部分或整个系统故障，并且计算机停机时间就减少了。
由于没有中心盘芯限制靠近内磁道的介质的弯曲，因而可以获得更好的磁头-介质接触。绕一个中心插针的旋转将允许在特殊场合使用非常小的介质(直径在1/2英寸范围内)。通过设置一个中心孔(与固定单独的盘芯的作法相反)，将改善磁道的空间半径的容差。另外，较小的容差将使介质具有比公知产品更好的磁道稳定性。目前的31/2英寸的介质的厚度在0.0025-0.003英寸范围内。对于本发明的流体喷射系统的一个实施例，由于是从中心而不是从边缘驱动介质，因而需要较厚的厚度。流体驱动将使材料平整得像非织造织物那样柔软，并且还能旋转在一个平坦的平面上低于1密耳的薄膜。可以与流体驱动器一起使用的较薄厚度的薄膜改善了磁头-介质接触(通过增加环绕性)。对于一个给定的磁比特数值，较大的磁头环绕增加了信噪比。
当驱动一个带盒的盘时，盒包着出口24以致于盒成为驱动系统10的工作表面14。因此，盒成为整个驱动系统的一部分。由于这个系统没有采用机械驱动，因而可以省去盘芯并大大降低驱动重量。
目前流行的31/2英寸软磁盘的盘芯与介质的热膨胀和吸湿膨胀系数是不同的，因此当热膨胀或吸湿膨胀发生时会产生变形。省去金属盘芯将消除这个可能性。
流体驱动可以除去来自介质的灰尘和其它碎片，并在操作期间提供一个正的压力以阻止任何沾染物进入驱动器。这个驱动系统可以容纳不同尺寸的软磁盘和光盘，并且非常有效地用于旋转盘(用于数据存储和检索)以及其它操作。
一个磁数据存储系统的例子采用空气驱动，在一个直径31/2英寸的盘上设置有与水平成大约30度夹角的10个30/1000英寸的喷孔和出口，并且沿31/2英寸圆周的切线进行驱动，安置一个中心插针，在300奥斯特的介质上在3英寸的外径和一个内径上冲一些10/1000英寸(大于心轴18的直径)的孔。在介质上冲一个直径1/8英寸的孔并安置一个发光二极管(LED)或类似物，以传送通过介质的光，其中通过一个光敏装置检测光并输出一个放大的信号，用于确定旋转速度。在驱动器的底座上设置一个1/4英寸的槽并将一个磁传感器头安装在槽中。这个传感器头在朝向和离开介质的方向上是可调整的。盘以2000、4000和6000转/分的速度旋转并且在每一转速时都可以写和读一个完好的信号。这证明了，采用这个数据存储系统可以在非常高的转速时写入和读出信号。
本领域的普通技术人员可以对本发明作出各种改变和变形，但都不能脱离本发明的范围和精神实质。例如，旋转驱动系统除了可以用于旋转数据存储介质之外，还可以用于旋转其它介质(例如磨光轮和其它喷砂清理装置)。此外，一个单一的导管装置可以用于多个盘驱动的操作。
权利要求
1.一种用以旋转一个介质(22)的驱动装置(10，10A)，该介质(22)与该驱动装置(10，10A)间隔开，该驱动装置(10，10A)包括一个平面件(12，12A)，该平面件具有一个用于接纳该介质(22)的工作表面(14)和一个相对表面(16)；用以对中该介质的装置，使该介质的一个主表面朝向该工作表面(14)；以及至少一个喷孔(23)，它延伸穿过在该相对表面(16)与该工作表面(14)之间的所述平面件(12，12A)，并终止于该工作表面(14)上的一个出口(24)，以输送流体穿过该平面件(12，12A)至该工作表面(14)，其中流体可以通过该喷孔(23)并冲出该出口(24)至该工作表面(14)，从而形成一个动力和支承力，以旋转并支撑邻近该工作表面(14)的介质(22)而不接触该工作表面(14)。
2.根据权利要求1所述的驱动装置(10，10A)，其特征在于包括多个喷孔(23)，它们延伸穿过所述平面件(12，12A)并终止于多个出口(24)，这些出口(24)以围绕所述工作表面(14)形成一个第一圆形阵列的形式设置，并且其中使每一个出口(24)的取向都能以与该工作表面(14)成一个锐角的形式输送流体。
3.根据权利要求2所述的驱动装置(10，10A)，其特征在于进一步包括多个喷孔(23)，它们延伸穿过所述平面件(12，12A)并终止于多个出口(24)，这些出口(24)以绕所述工作表面(14)形成一个第二内圆形阵列的形式设置，该第二陈列与所述第一阵列同心;其中该第一阵列的每一个出口(24)的取向都能以与该平面件(12，12A)的工作表面(14)成一个锐角的形式输送流体，以提供动力和制动力中的一个力，而该第二出口圆形阵列的每一个出口(24)的取向都能与该第一出口圆形阵列的方向相反的方向输送流体至平面件(12，12A)的工作表面，以提供另一个动力和制动力。
4.根据权利要求1所述的驱动装置(10，10A)，其特征在于进一步包括一个导管装置(26，26A)，它与所述平面件(12，12A)流体联通，用以输送流体至该平面件(12，12A)，其中该导管装置(26)包括一个外壳(28，28A)，该外壳安装在该平面件(12，12A)的相对表面(16)上并具有一个确定一个通风室(30)的内部区域。
5.根据权利要求1所述的驱动装置(10，10A)，其特征在于所述对中装置包括一个设置于所述平面件(12，12A)的工作表面(14)上的中心导向件，并且该中心导向件包括一个安装在该平面件(12，12A)的中心的心轴(18)，其中所述介质(22)绕该中心导向件旋转，并且其中该介质(22)是一个盘，它具有一个将盘(22)可拆卸地安装在该心轴(18)上的孔。
6.根据权利要求1所述的驱动装置(10，10A)，其特征在于通过所述喷孔(23)并冲出所述出口(24)输送至所述工作表面(14)的流体冲击物体(22)的一个主表面。
7.一种用于一个盘存储介质(22)类型的驱动系统(10)，包括一个圆形基片件和记录层，在其中可以存储和检索信息，该驱动系统(10)包括一个圆形顶板(12，12A)，它具有用以接收该盘存储介质(22)的一个工作表面(14);用以对中该盘存储介质的装置，它包括一个中心导向件(18)，该中心导向件安装在该顶板(12，12A)的工作表面(14)的中心，以与该盘存储介质(22)的一个孔配合动作;至少一个喷孔(23)，它延伸穿过该圆形顶板(12)并终止于该工作表面(14)上的一个出口(24);以及一个导管装置(26，26A)，它与该喷孔(23)和该出口(24)流体联通，用以输送一个射流状流动的流体至该盘存储介质(22)的一个较低的表面以旋转和支承该盘存储介质(22)。
8.根据权利要求7所述的驱动系统(10，10A)，其特征在于进一步包括一个靠近该圆形顶板(12，12A)的工作表面(14)设置的读/写头，并且相对于所述盘存储介质上边的压力，其中所述射流状流动的流体降低了该盘存储介质(22)下边的压力，从而迫使该盘存储介质移向该顶板(12，12A)的工作表面(14)并与该读/写头接触。
9.根据权利要求7所述的驱动系统(10，10A)，其特征在于所述导管装置(26，26A)包括一个外壳(28，28A)，该外壳安装在所述圆形顶板(12)的一个下表面上，并包括一个确定了一个通风室(30)的内部区域、一个圆形底板(32)、位于该顶板(12，12A)与该底板(32)之间的内和外环形壁、以及一个用于将流体引入该通风室(30)并通过所述出口(24)进行分配的入口(40)。
10.根据权利要求7所述的驱动系统(10，10A)，其特征在于进一步包括多个出口(24)，这些出口(24)以环绕成一个圆形阵列的形式设置并以能与所述顶板(12，12A)的工作表面(14)成一个锐角的形式输送流体的方式进行取向，所述射流状流动的流体沿该圆的切线冲出这些出口(24)。
11.根据权利要求7所述的驱动系统(10，10A)，其特征在于所述盘存储介质是一个无盒盘存储介质(12)。
12.根据权利要求7所述的驱动系统(10，10A)，其特征在于所述对中装置包括一个设置于所述顶板(12，12A)的工作表面(14)上的中心导向件，用以与所述盘存储介质(22)的一个孔配合动作，该中心导向件包括一个安装在该平面件(12，12A)的中心的心轴(18)，其中该存储介质(22)绕该中心导向件(18)旋转，其中该盘存储介质(22)绕中心导向件(18)旋转。
13.一种旋转一个具有一个主表面的介质(22)的方法，包括以下步骤将该介质(22)靠近一个工作表面(14)放置，其中该介质(22)与该工作表面(14)间隔开;对中该介质(22)，使该主表面朝向该工作表面(14);以及从该工作表面(14)输送流体至该介质(22)的主表面，以提供靠近该工作表面但不接触该工作表面(14)的旋转和支承该介质(22)的动力和支承力。
全文摘要
一种用以旋转一盘22的驱动系统10，10A，包括一个外壳28，28A，驱动系统具有一个平面件12，12A，平面件具有一个工作表面14，工作表面14包括一个心轴18，心轴18便于盘22相对于驱动装置作旋转运动。多个喷孔23以与工作表面14成一个锐角的形式延伸穿过平面件并以一个圆形阵列的方式设置。一个导管装置26，26A给外壳28，28A输送流体。流体冲出喷孔出口24为盘22绕心轴18的旋转提供动力，同时也提供了支承介质的支承力。
文档编号G11B19/20GK1083960SQ9310986
公开日1994年3月16日 申请日期1993年7月14日 优先权日1992年7月15日
发明者W·M·邓巴, L·R·施高 申请人:明尼苏达矿产制造公司